Mở đầu
Enzyme là lọai protein, xúc tác cho mọi phản ứng sinh học trong
mọi tế bào của sinh vật. Enzyme rất quan trọng với cơ thể con người,
nếu không có enzyme thì mọi sự chuyển hóa trong cơ thể con người bị
đình trệ và không thể sống được.
Ngoài ra nó còn đóng vai trò rất quan trọng trong công nghiệp chế
biến thực phẩm, trong y học, kỹ thuật phân tích, bảo vệ môi trường.
Nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng enzyme được phát triển mạnh từ
đầu thế kỷ 20đến nay. Công nghệ sản xuất enzyme đã đem lại lợi nhuận
rất lớn cho nhiều nước. Việt Nam là một trong những nước có những
nghiên cứu và ứng dụng enzyme.
Tuy nhiên, công nghệ enzyme của ta chưa thực sự phát triển do
đây là một ngành đòi hỏi công nghệ cao. Trong tương lai hứa hẹn đây sẽ
là một ngành công nghiệp được đầu tư phát triển rộng bởi những ứng
dụng và tính hiện đại của nó trong nhiều lĩnh vực và đời sống.
Enzyme cellulase là một trong những enzyme có vai trò quan trọng
trong chuyển hóa chất hữu cơ có trong thiên nhiên và có ý nghĩa lớn
trong công nghiệp thực phầm và bảo vệ môi trường
Do có nhiều ứng dụng trong thực tế song việc ứng dụng chúng vào
thực tiễn không phải là điều dễ dàng nên đó là lý do vì sao vấn đề “ Tìm
hiểu về ứng dụng của enzyme cellulase” được chúng tôi chọn làm đề tài
tiểu luận.
1. Mục đích nghiên cứu
Mục tiêu của đề tài là khảo sát các đặc tính cơ bản của enzyem
cellulase và hướng ứng rộng rãi của enzyme này trong công nghiệp nói
chung và công nghiệp thực phẩm nói riêng.
2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là enzyme cellulase.
Phương pháp nghiên cứu chủ yếu dùng phương pháp nghiên cứu lý
thuyết, phân tích, tổng hợp nhằm làm rõ vấn đề được nghiên cứu và giúp
người đọc có cái nhìn tổng quát hơn về loại enzyme này.

Xạ khuẩn: Actinomyces griseus, Streptomyces reticuli
Vi khuẩn: Acetobacter xylinum, Bacillus subtilis, Bacillus pumilis
3. Cấu trúc của enzyme cellulase:
Hình 1: Cấu trúc không gian Cellulase
Cellulase có bản chất là protein được cấu tạo từ các đơn vị là axit amin, các
axit amin được nối với nhua bởi liên kết peptid –CO-NH Ngoài ra, trong cấu trúc
còn có những phần phụ khác. Cấu trúc hoàn chỉnh của các loại enzyme nhóm
endoglucanase (EG) và exoglucanase (CBH) giống nhau trong hệ cellulase của
nấm sợi, gồm một trung tâm xúc tác và một đuôi tận cùng, phần đuôi này xuất phát
từ trung tâm xúc tác và được gắn thêm vùng glycosil hóa, cuối đuôi là vùng gắn
kết với cellulose. Vùng này có vai trò tạo liên kết với cellulose tinh thể. Trong quá
trình phân hủy cellulose có sự tương quan mạnh giữa khả năng xúc tác phân giải
cellulose của các enzyme và ái lực của enzyme này đối với cellulose. Hơn nữa,
hoạt tính của cellulase dựa vào tinh thể cellulose và khả năng kết hợp của CBD với
cellulose. Điều này chứng tỏ CBD sẽ hỗ trợ cho enzyme cellulase thực hiện việc
cắt đứt nhiều liên kết trong cellulose tinh thể. Vùng gắn kết với cellulose có cấu tạo
khác với liên kết thông thường của protein và việc thay đổi chiều dài vùng glycosil
hóa có ảnh hưởng đến hoạt tính xúc tác của enzyme.
4. Tính chất:
Cellulase thủy phân cellulose tự nhiên và các dẫn xuất như carboxymethyl
cellulose (CMC) hoặc hydroxyethyl cellulose (HEB). Cellulase cắt liên kết β-1,4-
glucosid trong cellulose, lichenin và các β-D-glucan của ngũ cốc.
Độ bền nhiệt và tính đặc hiệu cơ chất có thể khác nhau. Cellulase hoạt động
ở pH từ 3-7, nhưng pH tối thích trong khoảng 4-5. Nhiệt độ tối ưu từ 40-50
o
C.
Hoạt tính cellulose bị phá hủy hoàn toàn ở 80
o
C trong 10-15 phút.
Cellulase bị ức chế bởi các sản phẩm phản ứng của nó như glucose,

Hình 5: Cơ chế hoạt động β-glucosidase
Enzyme này có tên gọi khác như là: β- glucoside, β- D- glucosidase, β- 1,6-
glucosidase, β- glucoside glucohydrolase, p- nitrophenyl β- glucosidase, aryl- β-
glucosidase, gentiobiase, cellobiase, limarase, salicilinase.
Enzyme này thủy phân gốc β- D- glucoside không khử ở đầu tận cùng để
giải phóng ra β- D- glucose.
8. Hoạt lực của enzyme cellulase:
Thủy phân của cellulose phải có sự tham gia của cả 3 loại enzyme cellulose
như: endoglucanlase, exoglucanlase và β-glucodase. Thiếu 1 trong 3 loại enzyme
trên thì không thể thủy phân phân tử cellulose đến cùng.
Từ những nghiên cứu riêng lẻ đối với từng enzyme đến nghiên cứu tác động
tổng hợp của cả 3 loại enzyme cellulose, nhiêu nhà khoa học đều đưa ra kết luận
chung là các loại enzyme cellulose sẽ thay phiên nhau phân hủy cellulose để tạo
thành sản phẩm cuối cùng là glucose. Có nhiều cách giải thích khác nhau về cơ chế
tác động của cellulose, trong đó cách giải thích do Erikson đưa ra đươc nhiều
người công nhận hơn cả.
Theo Erkson và công tác viên(1980), cơ chế tác động hiệp đồng của 3 loại
cellulose như sau: đầu tiên endoglucanlase tác động vào vùng vô định hình trên bề
mặt cellulose, cắt liên kết β-1,4 glucoside và tạo ra các mạch tự do. Tiếp đó
exoglucanlase tấn công cắt ra từng đoạn cellobiose từ đầu mạch được tạo thành.
Kết quả tác động của endoglucanlase và exoglucanlase tạo ra các
celloligosaccharic mạch ngắn, cellobiose, glucose. Β-glucosidase thủy phân tiếp và
tạo thành glucose.
Các loài vi sinh vật có khả năng sinh tổng hợp cellulose trong điều tự nhiên
thường bị tác động bởi các yếu tố ngoại cảnh nên có loài phát triển rất mạnh, có
loài phát triền rất yếu. Chính vì thế, việc phân hủy cellulose trong tự nhiên được
tiến hành không đồng bộ xảy ra rất chậm.
Trong điều kiện phòng thí nghiệm hay điều kiện công nghiệp, việc phân hủy
cellulose bằng enzyme ngoài các yếu tố kỹ thuật như nhiệt độ, PH, nồng độ cơ
chất, lượng enzyme một yếu tố hết sức quan trọng là tính đồng bộ của hệ enzyme

9.3 Ảnh hưởng của ion kim loại
Các ion KL có thể kìm hãm hoặc hoạt hóa sự hoạt động của các enzym. Các
ion kl nặng ở nồng độ nhất định có thể gây biến tính và kìm hãm không thuận
nghịch enzym. Sharma và cs (1995) nhận thấy, ion Ca2+ làm tăng hoạt tăng hoạt
tính của enzyme cellulase của Baccillus sp. D04 lên 40% so với đối chứng, còn
Mg2+ làm giảm nhẹ ( hoạt tính còn lại 92%) và Zn2+ ức chế mạnh hoạt tính của
enzyme này (hoạt tính còn lại bằng 37% so với đối chứng). Theo nghiên cứu của
Gao và cộng sự (2008), endoglucannase từ A. Terreus M11 bị giảm 77% hoạt tính
khi ủ với Hg2+ (2mM), 59% khi ủ với Cu2+ (2mM)
Ngoài ra, các dung môi hữu cơ, các chất tẩy rữa cũng ảnh hưởng mạnh mẽ
đến hoạt tính của enzyme. Tùy thuộc vào bản chất của các chất trên cũng như bản
chất của enzyme mà tính chất và mức độ ảnh hưởng tới hoạt động của enzyme là
khác nhau. Nghiên cứu của Trịnh Đình Khá (2006)trên chủng Penicillium sp. DTQ
– HK1 cho thấy, các dung môi hữu cơ methanol, ethanol, isopropanol và các
aceton đều ức chế hoạt động của cellulase đặc biệt là n-butanol ức chế mạnh nhất,
hoạt tính cellulase chỉ còn 33-63%. Các chất tẩy rữa tween 80, SDS và triton X-
100 đều làm giảm hoạt tính cellulase ở mức độ khác nhau, trong đó SDS làm giảm
mạnh hoạt tính cellulase chỉ còn 18-34%.
Phần II. Quy trình sản xuất enzyme
cellulase từ Trichoderam Reese
Trichoderam Reesei là những vi sinh vật sản xuất nhiều enzyme ngoại bào
có hiệu quả cao. Chúng được thương mai hóa trong việc sản xuất enzyme cellulase
và các enzyme khác phân hủy các polysaccharide phức tạp. Nhờ vậy chúng được
sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm và ngành công nghiệp dệt cho các
mục đích tương tự.
Hình 6: Hình ảnh Trichoderam Reesei qua kính hiển vi
Quy trình:
Chế phẩm
Thuyết minh quy trình:
Chủng nấm Trichoderma Reesei được nuôi cấy trê môi trường BM:CM( bã

1. Trong công nghiệp giấy:
Trong công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy, bổ sung các loại enzyme trong
khâu nghiền bột, tẩy trắng có vai trò rất quan trọng. Nguyên liệu ban đầu chưuas
hàm lượng cao các chất khó tan là lignin và một phần hemicellulose, nên trong quá
trình nghiền để tách riêng các sợi gỗ thành bột mịn gặ nhiều khó khăn. Trong công
đoạn nghiền bột giấy , bổ sung endoglucanase sẽ làm thay đổi nhẹ cấu hình của sợi
cellulose, tăng khả năng nghiền và tiết kiệm khoảng 20% năng lượng cho quá trình
nghiền cơ học. Trước khi nghiền hóa học, gỗ được xử lý với endoglucanase và hỗn
hợp các enzyme hemicellulase, pectinase sẽ làm tăng khả năng khuếch tán hóa chất
vào phía trong gỗ và hiệu quả khử lignin.
Trong công nghệ chế tạo giấy, các loại giấy thải cần được tẩy mực trước khi
sản xuất các loại giấy in, giấy viết. Endoglucanase và hemicellulase đã được dùng
để tẩy trắng mực in trên giấy.
Enzyme cellulase được bổ sung vào rất nhiều giai đoạn khác nhau trong quá trình
sản xuất giấy:
 Trong giai đoạn nghiền bột giấy cơ học: Người ta bổ sung enzyme
cellobiohydrolase nhằm làm thay đổi nhẹ cấu hình của sợi cellulose, từ
đó làm tăng khả năng nghiền và tiết kiệm 20% năng lượng.
 Trong giai đoạn nghiền bột giấy hóa học: Ngoài enzyme cellulase người
ta còn bổ sung thêm enzyme hemicellulase và pectinase nhằm phá vỡ lớp
vỏ ngoài của gỗ, giúp tăng cường khả năng khuếch tán của hóa chất bên
trong gỗ, nhằm làm tăng hiệu quả khử lignin.
 Trong giai đoạn tẩy trắng giấy: Đay là giai đoạn rất quan trọng trong sản
xuất giấy. Trước đây, người ta thường sử dụng acid HCl để tẩy trắng
giấy, tuy nhiên, HCl thải ra trong quá trình sản xuất làm ô nhiễm môi
trường và gây hại đối với sức khỏe con người. Ngày nay, người ta sử
dụng enzyme cellulase trong giai đoạn tẩy trắng cũng như quá trình tái
chế giấy. Ưu điểm của phương pháp này là giữ cho sợi giấy không bị ăn
mòn nhiều và không gây ảnh hưởng đến môi trường.
2. Trong công nghiệp dệt:

Nguồn phế liệu giàu cellulose trong tự nhiên rất đa dạng, phong phú như:
rơm, rạ, bã mía, cùi bắp. Tuy nhiên phần lớn các chế phẩm nàybị vứt bỏ hoặc ủ
làm phân bón, hoặc được sử dụng làm chất đốt, trong khi đó, nguồn nguyên liệu
rẻ tiền dùng trong chế biến thức ăn gia súc lại thiếu. Vì vậy, việc ứng dụng enzyme
cellulase để phân hủy nguồn phế phẩm chứa cellulose vừa dùng làm nguồn thức ăn
cho gia súc, vừa góp phần bảo vệ môi trường là một vấn đề đáng quan tâm.
Hiện nay người ta đã dùng vi sinh vật để lên men bã mía của nhà máy đường
La Ngà để bổ sung vào thức ăn gia súc.
5. Trong kỹ thuật di truyền.
Chế phẩm enzyme cellulase tinh khiết được ứng dụng trong kỹ thuật di
truyền vì enzyme cellulase phá vỡ tế bào thực vật mà khôgn làm tổn thương các cơ
quan bên trong tế bào, đảm bảo sự nguyên vẹn của các nhân tố di truyền. Do đó,
phương pháp này đã nhanh chóng thay thế các phương pháp cơ học và hóa học.
6. Trong công nghiệp chế biến thực phẩm:
6.1. Trong công nghiệp sản xuất bia.
Trong công nghệ sản xuất bia, các chế phẩm enzyme amylase, protease và
glucanase đã được sử dụng để ngăn chặn sự tạo thành các diacetyl, do đó βgiảm
lượng diacetyl được tạo thành do rút ngắn thời gian cần để ủ bia.
Trong dịch lên men có chứa một hàm lượng β-glucan, chất này ảnh hường
tới khả năng lọc và gây đục cho bia.
6.2. Trong công nghiệp sản xuất cà phê.
Trong quá trình sản xuất cà phê ở Việt Nam, cà phê chủ yếu được sản xuất
bằng phường pháp khô, phương pháp này cho chất lượng cà phê không cao. Để
tiến hành nâng cao chất lượng cà phê và làm tăngkhar năng trích ly dịch quả.
Trong khâu bóc vỏ, cellulose gây hiện tượng thẫm màu, làm giảm chất lượng khi
sấy, đồng thời cản trở việc bóc vỏ. Khí sử dụng chế phẩm A.niger có tên thương
mại là Biovina-09 có hoạt tính pectinase và cellulase cho thấy số lượngcà phê bóc
vỏ tăng, hạt cà phê bóc vỏ bằng chế phẩm không còn nhớt như hạt không sử dụng
chế phẩm enzyme và hiệu suất bóc vỏ khá cao. Trong quá trình trích ly dịch quả,
cellulose và pectin cản trở sự thoát các chất hòa tan trong tế bào ra ngoài tế bào.

giá tính chất lý hóa của hợp Endo-1,4-glucanase, NXB Đại học Thái
Nguyên, 2009